Pt--W(Mo)/TiO2催化剂上H2选择性催化还原NOx的研究

摘要

NOx氮氧化物是一种危害人体健康、威胁生态环境的大气污染物。氢气选择性催化还原NOx氮氧化物(H2-SCR)基于其反应温度低和环境友好的反应特质，备受研究者的关注。本文针对Pt催化剂对氢气还原NOx的性能有待提高的问题，通过不同元素的掺杂来改进催化剂的性能，设计制备了具有较高低温活性的PtW/TiO2、PtMo/TiO2系列催化剂。同时借助N2吸附、X射线衍射分析(XRD)、NOx-TPD、H2-TPR对催化剂的结构进行了表征，并借助原位漫反射红外谱(in situ DRIFTS)技术探究了WO3掺杂和MoO3掺杂对催化剂H2-SCR过程中活性中间体的形成与活性的影响。 研究结果表明，向Pt/TiO2催化剂中引入WO3和MoO3能够有效提高催化剂的低温(100-175℃)活性，并且发现对催化剂进行预处理能使活性进一步提高。XRD结果表明WO3和MoO3的掺杂都造成了部分金红石型TiO2向锐钛矿型TiO2的转变;NOx-TPD实验发现WO3和MoO3的掺杂都促进了催化剂低温时的NO吸附和氧化效果;同时H2-TPR结果表明WO3与TiO2和MoO3与TiO2之间都存在较强的相互作用，前者协同还原温度升高，后者协同还原温度降低;同时WO3和MoO3的掺杂都降低了PtOx的还原温度。 NO+O2稳态吸附红外结果表明，WO3和MoO3的掺杂能促进NO2的歧化作用，产生Pt上吸附的NO+和硝酸盐物种;同时NO+O2-H2瞬态和全反应气稳态红外结果表明多种含氮物种作为活性中间体表现出反应活性，并且观察到有NH4+出现，但活性较低，因此我们推断掺杂WO3和MoO3后多种含氮物种是主要活性中间体，多种催化反应中间体的形成可能是催化剂低温活性升高的主要原因。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 氮氧化物的来源和危害

1．2 氮氧化物的消除方法

1．2．1 NH3-SCR

1．2．2 HC-SCR

1．2．3 H2-SCR

1．3 H2-SCR研究现状

1．3．1 H2-SCR反应机理

1．3．2 H2-SCR影响因素

1．4 本课题选题意义和内容

1．4．1 本课题选题意义及目的

1．4．2 本课题研究内容

第二章 实验内容和研究方法

2．1 实验试剂和实验仪器

2．2 催化剂的制备

2．2．1 Pt／TiO2催化剂的制备

2．2．2 Pt／W／TiO2系列催化剂的制备

2．2．3 Pt／Mo／TiO2系列催化剂的制备

2．3 催化剂活性评价

2．3．1 氢氧浓度及空速的影响

2．3．2 水热处理的影响

2．3．3 C3H6对催化剂性能的影响

2．4 催化剂的表征

2．4．1 BET比表面积测试

2．4．2 X射线衍射分析

2．4．3 氢气程序升温还原分析

2．4．4 NO程序升温脱附分析

2．5 原位漫反射傅立叶变换红外光谱研究

2．5．1 吸附稳态实验

2．5．2 吸附瞬态实验

第三章 Pt／W／TiO2系列催化剂H2-SCR催化性能的研究

3．1 前言

3．2 催化剂的活性性能研究

3．2．1 WO3含量对催化剂活性的影响

3．2．2 氢氧浓度对催化剂影响

3．2．3 空速的影响

3．2．4 C3H6对催化剂性能影响

3．3 催化剂表征

3．3．1 BET

3．3．2 H2-TPR

3．3．3 XRD

3．3．4 NOx-TPD

3．4 催化剂原位红外光谱研究

3．4．1 催化剂上NO+O2吸附研究

3．4．2 催化剂上先NO+O2后H2瞬态研究

3．4．3 催化剂上全反应气稳态红外研究

3．5 本章小结

第四章 Pt／Mo／TiO2系列催化剂H2-SCR催化性能的研究

4．1 前言

4．2 催化剂的活性性能研究

4．2．1 MoO3含量对催化剂活性的影响

4．2．2 氢氧浓度对催化剂影响

4．2．3 空速的影响

4．2．4 C3H6对催化剂性能影响

4．3 催化剂表征

4．3．1 BET

4．3．2 H2-TPR

4．3．3 XRD

4．3．4 NOx-TPD

4．4 催化剂原位红外光谱研究

4．4．1 催化剂上NO+O2吸附研究

4．4．2 催化剂上先NO+O2后H2瞬态研究

4．4．3 催化剂上全反应气稳态红外研究

4．5 本章小结

第五章 水热处理对催化剂影响的研究

5．1 前言

5．2 水热处理对PtW催化剂的影响

5．2．1 无氧水热处理对PtW催化剂性能的影响

5．2．2 有氧水热处理对PtW催化剂性能的影响

5．2．3 H2-TPR

5．2．4 原位红外研究

5．3 水热处理对PtMo催化剂的影响

5．3．1 无氧水热处理对PtMo催化剂性能的影响

5．3．2 有氧水热处理对PtMo催化剂性能的影响

5．3．3 H2-TPR

5．3．4 原位红外研究

5．4 本章小结

第六章 总结和展望

6．1 结论

6．2 对H2-SCR研究的展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的论文

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